›
›

Bài giảng Điện tử công suất - Chương 2: Bộ chỉnh lưu

ppt 113 trang haiha333 07/01/2022 3230
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện tử công suất - Chương 2: Bộ chỉnh lưu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_dien_tu_cong_suat_chuong_2_bo_chinh_luu.ppt

Nội dung text: Bài giảng Điện tử công suất - Chương 2: Bộ chỉnh lưu

  1. Chương 2 BỘ CHỈNH LƯU 1
  2. Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu khơng điều khiển Chỉnh lưu 1 pha, 3 pha Chỉnh lưu bán sĩng, tồn sĩng 2
  3. Mạch chỉnh lưu diode 1 pha, bán sĩng Tải R 3
  4. Mạch chỉnh lưu diode 1 pha, bán sĩng Tải RL Dịng vẫn tiếp tục uL qua diode khi điện áp nguồn <0 uS u ud R us, ud uR ud uS 4
  5. Mạch chỉnh lưu diode 1 pha, bán sĩng Tải RLE uL i uS ud USm uS t1 t2 t3 5
  6. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha uS ud Mơ hình mạch nguồn 6
  7. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha uS ud uS ud Xét 2 trường hợp: (a) Tải thuần trở (b) Tải cĩ cảm kháng Ld rất lớn 7
  8. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha uS ud Dạng sĩng dịng , áp trong mạch với tải thuần trở 8
  9. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha uS ud Dạng sĩng dịng , áp trong mạch với tải cĩ điện cảm rất lớn 9
  10. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha Is1/Isn n Dạng sĩng dịng , áp ngõ vào và phổ tần sĩng hài dịng ngõ vào 10
  11. Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha – Ảnh hưởng của điện cảm nguồn Ls uS ud Giả thiết: dịng ngõ ra Id liên tục và phẳng (điện cảm Ld đủ lớn) 11
  12. Hiện tượng chuyển mạch ud ud = 0 uL us uS ud uL m Giả thiết: dịng ngõ ra Id liên tục và phẳng (điện cảm Ld đủ lớn) 12
  13. Hiện tượng chuyển mạch uL uS ud = 0 Mạch tương đương khi đang xảy ra chuyển mạch uL = 0 uS ud = us Mạch tương đương khi hiện tượng chuyển mạch chấm dứt 13
  14. Hiện tượng chuyển mạch với cầu chỉnh lưu diode uS ud m uS uL Id 14
  15. Ảnh hưởng của dịng ngõ vào chỉnh lưu Is uS ud Xét mạch chỉnh lưu cầu diode 1 pha thơng dụng 15
  16. Ảnh hưởng của dịng ngõ vào chỉnh lưu Is ud us Dạng dịng ngõ vào is của cầu chỉnh lưu là khơng sin → chứa nhiều sĩng hài 16
  17. Ảnh hưởng của dịng ngõ vào chỉnh lưu Is u uS uPCC d Các tải khác Xét cầu chỉnh lưu mắc trong mạch với các tải khác 17
  18. Ảnh hưởng của dịng ngõ vào chỉnh lưu Is uPCC Thành phần hài trong dịng iS cĩ thể làm méo dạng áp uPCC tại điểm nối chung với các tải khác 18
  19. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode id ud 19
  20. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode ud 20
  21. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode uPn ud uNn 21
  22. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode uPn D5 D1 D3 D5 uan ubn ucn D6 D2 D4 D6 D5 D uNn 1 ud D6 D6 2U LL Ud0 ia ib ic 22
  23. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode us 23
  24. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode Is1/Isn n Phổ tần sĩng hài dịng ngõ vào (dịng pha) của chỉnh lưu cầu 3 pha diode 24
  25. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode ud Xét chỉnh lưu 3 pha cầu diode với điện cảm nguồn Ls 25
  26. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode ucm ud Xét quá trình chuyển mạch từ D5 (pha c) → D1 (pha a) 26
  27. Chỉnh lưu 3 pha cầu diode uPn ucn uan ubn Au m uNn 27 Xét quá trình chuyển mạch từ D5 (pha c) → D1 (pha a)
  28. Chỉnh lưu cĩ điều khiển Ud Chỉnh lưu I U d Id Ngõ vào IV 1 hoặc 3 pha Nghịch lưu Điện áp ngõ vào: xoay chiều & cố định Điện áp ngõ ra: dc & điều chỉnh được 28
  29. Thyristor (SCR) & mạch điều khiển id us ud ud id ud , id a us Xét mạch chỉnh lưu dùng thyristor đơn giản nhất 29
  30. Thyristor (SCR) & mạch điều khiển id uL id uL us ud us ud Xét mạch chỉnh lưu dùng thyristor đơn giản với tải RL và RLE 30
  31. Phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu up Mạch tạo Mạch so up Xung sĩng răng sánh và kích Điện cưa Logic áp lưới uđk xoay uđb chiều uđk uđb Up up uđk 31 Xung kích
  32. Các mạch chỉnh lưu cĩ điều khiển thơng dụng uan us ud ud Tải 32
  33. Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển tồn phần Xét mạch chỉnh lưu với Ls = 0 us ud 33
  34. Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển tồn phần 100 us 0 -100 100 ud id 0 -100 100 is 50 0 -50 -100 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a a Gĩc kích a = 4 34
  35. Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển tồn phần 100 us 0 -100 100 ud id 0 -100 100 is 50 0 -50 -100 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a a Gĩc kích a = 35 2
  36. Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển tồn phần 100 us 0 -100 100 id 0 ud -100 100 is 50 0 -50 -100 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a a 3 36 Gĩc kícha == 135o 4
  37. Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển tồn phần Chế độ chỉnh lưu Chế độ nghịch lưu 37
  38. Chỉnh lưu 3 pha tia cĩ điều khiển T1 T2 + T3 + + + ud Id - - - u1 u2 u3 - 38
  39. Chỉnh lưu 3 pha tia cĩ điều khiển 150 u1 u2 u3 100 50 0 -50 -100 -150 150 ud 100 50 id 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a 39 Gĩc kícha == 30o 6
  40. Chỉnh lưu 3 pha tia cĩ điều khiển Dạng sĩng dịng và áp nguồn 150 u1 100 i1 50 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 Gĩc kícha == 30o 40 6
  41. Chỉnh lưu 3 pha tia cĩ điều khiển 150 u1 u2 u3 100 50 0 -50 -100 -150 150 100 ud id 50 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a 41 Gĩc kícha == 90o 2
  42. Chỉnh lưu 3 pha tia cĩ điều khiển Dạng sĩng dịng và áp nguồn 150 u1 100 i1 50 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 42 Gĩc kícha == 90o 2
  43. Chỉnh lưu 3 pha tia cĩ điều khiển 150 u1 u2 u3 100 50 0 -50 -100 -150 150 100 id 50 0 ud -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a 3 43 Gĩc kícha == 135o 4
  44. Chỉnh lưu 3 pha tia cĩ điều khiển Dạng sĩng dịng và áp nguồn 150 u1 100 i1 50 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 3 44 Gĩc kícha == 135o 4
  45. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần + T1 T3 T5 u1 ud u2 Id u3 T4 T6 T2 - Giả thiết tải cĩ điện kháng đủ lớn để dịng tải Id cĩ thể coi là liên tục và phẳng 45
  46. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần 200 u1 u2 u3 100 0 -100 -200 200 ud 100 0 id -100 -200 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a Dạng áp nguồn, áp trên tải và dịng trên tải - Gĩc kích = 15o 46
  47. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần Quan hệ giữa điện áp dây ngõ vào và điện áp ud ngõ ra – Gĩc kích = 15o 200 u12 u13 u23 u21 u31 u32 u12 ud 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 47
  48. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần Dạng sĩng dịng và áp nguồn - Gĩc kích = 15o 150 u1 100 i1 50 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 48
  49. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần 200 u1 u2 u3 100 0 -100 -200 200 ud 100 0 id -100 -200 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a Dạng áp nguồn, áp trên tải và dịng trên tải - Gĩc kích = 60o 49
  50. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần Dạng sĩng dịng và áp nguồn - Gĩc kích = 60o 150 u1 100 i1 50 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 50
  51. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần 200 u1 u2 u 100 3 0 -100 -200 200 u 100 d id 0 -100 -200 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a Dạng áp nguồn, áp trên tải và dịng trên tải - Gĩc kích = 90o 51
  52. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần Quan hệ giữa điện áp dây ngõ vào và điện áp ud ngõ ra – Gĩc kích = 90o 200 u12 u13 u23 u21 u31 u32 u12 150 100 ud 50 0 -50 -100 -150 -200 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 52
  53. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần Dạng sĩng dịng và áp nguồn - Gĩc kích = 90o 150 u1 100 i1 50 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 53
  54. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần 200 u1 u2 u3 100 0 -100 -200 200 100 id 0 u -100 d -200 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a Dạng áp nguồn, áp trên tải và dịng trên tải - Gĩc kích = 135o 54
  55. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần Dạng sĩng dịng và áp nguồn - Gĩc kích = 135o 150 u1 100 i1 50 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 55
  56. Chỉnh lưu 1 pha cầu điều khiển bán phần + + T1 D3 T1 T3 i is s u Id u Id DF ud ud D4 D2 T4 D2 - - Giả thiết tải cĩ điện kháng đủ lớn để dịng tải Id cĩ thể coi là liên tục và phẳng 56
  57. Chỉnh lưu 1 pha cầu điều khiển bán phần 150 u 100 50 is 0 -50 -100 -150 150 ud 100 50 id 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a a Dạng áp và dịng nguồn, áp trên tải và dịng trên tải - Gĩc kích = 30o 57
  58. Chỉnh lưu 1 pha cầu điều khiển bán phần 150 u 100 50 is 0 -50 -100 -150 150 100 ud id 50 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a Dạng áp và dịng nguồn, áp trên tải và dịng trên tải - Gĩc kích = 90o 58
  59. Chỉnh lưu 1 pha cầu điều khiển bán phần 150 u 100 is 50 0 -50 -100 -150 150 100 ud id 50 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a Dạng áp và dịng nguồn, áp trên tải và dịng trên tải - Gĩc kích = 135o 59
  60. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển bán phần + T1 T3 T5 u1 i1 u2 i2 Id DF ud u3 i3 D4 D6 D2 - Giả thiết tải cĩ điện kháng đủ lớn để dịng tải Id cĩ thể coi là liên tục và phẳng 60
  61. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển bán phần 200 u1 u2 u3 100 0 -100 -200 200 ud 100 id 0 -100 -200 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a Dạng áp nguồn, áp trên tải và dịng trên tải - Gĩc kích = 15o 61
  62. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển bán phần Quan hệ giữa điện áp dây ngõ vào và điện áp ud ngõ ra – Gĩc kích = 15o 200 u u12 u13 u23 u21 u31 u32 u12 d 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 62
  63. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển bán phần Dạng sĩng dịng và áp nguồn - Gĩc kích = 15o 150 100 u1 50 i1 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 63
  64. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển bán phần 200 u u u 100 1 2 3 0 -100 -200 200 ud 100 id 0 -100 -200 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 a Dạng áp nguồn, áp trên tải và dịng trên tải - Gĩc kích = 90o 64
  65. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển bán phần Quan hệ giữa điện áp dây ngõ vào và điện áp ud ngõ ra – Gĩc kích = 90o 200 u u12 u13 u23 u21 u31 u32 u12 d 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 65
  66. Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển bán phần Dạng sĩng dịng và áp nguồn - Gĩc kích = 90o 150 100 u1 50 i1 0 -50 -100 -150 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 66
  67. Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu 67
  68. Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu 68
  69. Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu Ví dụ 2.13: Khi nào cĩ thể xảy ra chế độ nghịch lưu trong các mạch dưới đây: 69
  70. Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu Ví dụ 2.12: Cho bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn mắc vào nguồn ac một pha với trị hiệu dụng 220V, f=50Hz. Tải RLE với R=1  , giả thiết dòng điện tải liên tục với L 0 lớn vô cùng làm dòng tải phẳng với độ lớn Id=20A. Cho biết góc điều khiển a = 120 , vẽ quá trình điện áp tải và dòng điện qua nguồn ac. Xác định độ lớn sức điện động E. Tính công suất phát ra của sức điện động và công suất nguồn ac nhận được. 70
  71. Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu Giả thiết dòng tải liên tục, điện áp trung bình trên tải: 2 2 U = .220 .cos120 0 = −99[V ] d Sức điện động E xác định theo: Ud=R.Id+E→ E=Ud-R.Id=-99-1.20=-119[V] Công suất phát ra từ tải: PE=E.Id=-119.20=-2380W=-2,38kW Công suất tiêu hao trên điện trở: 2 PR=R.Id =1.202=400W=0,4kW Công suất nguồn xoay chiều cung cấp: Pac=Ud.Id=-99.20=-1.980W=-1,98kW Dấu (-) có nghĩa là tải đưa công suất về nguồn qua bộ chỉnh lưu. 71
  72. Chế độ dịng liên tục và chế độ dịng gián đoạn Điện áp chỉnh lưu ud gồm thành phần một chiều Ud và thành phần xoay chiều ud : ud=+ U d u d Thành phần làm áp chỉnh lưu nhấp nhơ. Tương tự, dịng chỉnh lưu id cũng bao gồm thành phần một chiều Id và thành phần xoay chiều id : id=+ I d i d Thành phần làm dịng chỉnh lưu (dịng tải) nhấp nhơ và cĩ thể bị gián đoạn. Ở chế độ dịng gián đoạn, dạng điện áp chỉnh lưu phụ thuộc vào thơng số tải, gĩc kích và dạng điện áp nguồn. 72
  73. Chế độ dịng liên tục và chế độ dịng gián đoạn Ví dụ: Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha tải RLE hoạt động ở chế độ dịng gián đoạn Khảo sát mạch trong chế độ dịng gián đoạn khá phức tạp, thường phải giải hệ phương trình vi phân hoặc dùng chương trình mơ phỏng. 73
  74. Chế độ dịng liên tục và chế độ dịng gián đoạn Ví dụ 2.14: Phân tích bộ chỉnh lưu bán sĩng dùng SCR với hai trường hợp tải RL và RLE. a. Tải RL 74
  75. Chế độ dịng liên tục và chế độ dịng gián đoạn Trường hợp tải RL: Khi SCR dẫn, phương trình mạch điện sẽ là: di d ud=u; u = R.i + L. d d dt Nghiệm của phương trình có dạng: x U − i ( x) = m .sin( x − ) + A.e  d Z L L với Z = R 2 + (L) 2 ;  = arctan ;  = R R Hằng số A xác định từ điều kiện ban đầu i d (a) = 0 . Từ đĩ, ta cĩ phương trình dịng điện tải trong một chu kỳ áp lưới: a−x U − m . sin( x − ) − sin( a − ).e  ; 0 x  Z i d ( x) = 0 ;  x 2 75
  76. Chế độ dịng liên tục và chế độ dịng gián đoạn Góc  là góc tắt của thyristor và có thể xác định theo điều kiện: i d () = 0 . a− − Um  i d () = 0 = . sin( − ) − sin( a − ).e Z Góc ( − a ) gọi là khoảng dẫn của thyristor. Trị trung bình điện áp chỉnh lưu:  1 U U = U .sin x.dx = m .(cos a − cos ) d 2 m 2 a Trị trung bình dòng điện tải chỉnh lưu:  1 I = i ( x).dx d 2 d a Trị hiệu dụng dòng điện qua nguồn bằng với trị hiệu dụng dòng qua linh kiện và qua tải có thể xác định theo hàm tích phân sau:  1 I = i 2 ( x).dx rms 2 d a 76
  77. Chế độ dịng liên tục và chế độ dịng gián đoạn b. Tải RLE 77
  78. Chế độ dịng liên tục và chế độ dịng gián đoạn Trường hợp tải RLE: Thyristor có thể kích dẫn nếu xung kích thực hiện trong điều kiện áp trên thyristor dương. Rõ ràng điều kiện góc kích a phải thỏa mãn là: E a amin = arcsin và a − amin . Um Dòng điện tải trong một chu kỳ lưới có thể biểu diễn dưới dạng: x U − m E  i ( x) = .sin( x − ) − + A.e a x  d Z R 0  x 2 Hằng số A xác định từ điều kiện dòng qua thyristor tắt: a U m E  A = − .sin( a − ) + .e Z R Điện áp tải chỉnh lưu trong thời gian thyristor dẫn điện bằng điện áp nguồn và trong thời gian dòng tải gián đoạn bằng sức điện động của tải ud=E. 78
  79. Hiện tượng chuyển mạch Xét bộ chỉnh lưu 1 pha điều khiển tồn phần, dịng Id liên tục và phẳng Chuyển mạch từ 3,4 sang 1,2 79
  80. Hiện tượng chuyển mạch Xét bộ chỉnh lưu 1 pha điều khiển tồn phần, dịng Id liên tục và phẳng Chuyển mạch từ 3,4 sang 1,2 us is1 is 1  =am + 1 2 us us m 80
  81. Hiện tượng chuyển mạch Trong quá trình chuyển mạch: di u== u L s s Ls s dt Từ đây, lấy tích phân hai vế trong khoảng thời gian chuyển mạch: am+ Id 2U sin t d (  t )==  L di 2  L I s s s s d a −Id Vế trái của biểu thức trên là diện tích Au (V-rad) bị mất đi trong qua trình chuyển mạch: am+ A=2 U sin t d (  t ) = 2 U cos a − cos( a + m ) u s s   a Từ đây, suy ra cơng thức tính gĩc chuyển mạch: 2LI cos(a+ m ) = cos a − sd 2Us Sụt áp ngõ ra do chuyển mạch: ALI2 2L UII =u = s d =s = R cdmd cm 81
  82. Hiện tượng chuyển mạch Tĩm lại, với cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển tồn phần: 2L Sụt áp do chuyển mạch: U =R II = s cmcm d d Điện áp ngõ ra chỉnh lưu: UUUd= docosa − cm Gĩc chuyển mạch tính bởi cơng thức: 2LI cos(a+ m ) = cos a − sd 2Us Với cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển bán phần, các cơng thức tíng sụt áp do chuyển mạch, điện áp ngõ ra chỉnh lưu và gĩc chuyển mạch sẽ ra sao? 82
  83. Hiện tượng chuyển mạch Xét bộ chỉnh lưu 3 pha điều khiển tồn phần, dịng Id liên tục và phẳng Chuyển mạch từ T5 sang T1 ud 83
  84. Hiện tượng chuyển mạch uLs ud ucn uan u bn ucn uPn m a ()am+ 84
  85. Hiện tượng chuyển mạch Trong khoảng thời gian chuyển mạch: uPn=− u an u Ls Trong đĩ: di uL= a Ls s dt Lưu ý là diện tích sụt áp Au trên hình tương ứng với sụt áp trên Ls trong quá trình chuyển mạch, do đĩ: Id A== L di L I u s s s d 0 85
  86. Hiện tượng chuyển mạch Sụt áp này lặp lại mỗi khoảng /3, do đĩ, sụt áp trung bình trong 1 chu kỳ lưới là: 3L U =R II = s cmcm d d Cĩ thể chứng minh được: di u− u u 2Ut sin L a= an cn = ac = LL s dt 2 2 2 Bằng cách chuyển dt về vế phải và lấy tích phân 2 vế trong khoảng thời gian chuyển mạch, ta cĩ: 2LI cos(a+ m ) = cos a − sd 2ULL 86
  87. Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch Làm giảm điện áp chỉnh lưu ra trên tải UUUURId= daa − cm = d − cm d Làm biến dạng điện áp nguồn: 87
  88. Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch Hạn chế phạm vi điều khiển gĩc kích: Xét cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển tồn phần làm việc ở chế độ nghịch lưu us is ud 88
  89. Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch Bỏ qua hiện tượng chuyển mạch, ta có góc an toàn của thyristor  :  = .t q = − a tq là thời gian khôi phục khả năng khóa của thyristor. Giá trị góc điều khiển cực đại cho phép: a max = − Nếu xét cả hiện tượng chuyển mạch với m là độ lớn góc chuyển mạch, độ lớn góc an toàn còn lại của thyristor bằng:  = − (a + m ) = −a − m Vậy, góc điều khiển lớn nhất cho phép có giá trị: amax = - m -  Rõ ràng, phạm vi góc điều khiển a ở chế độ nghịch lưu bị hạn chế. Góc chuyển mạch càng lớn (ví dụ khi dòng tải lớn , Ls lớn), góc amax càng giảm. Trên thực tế amax thường lấy giá trị khoảng 1600→1650. 89
  90. Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch Ví dụ 2.20: Bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn mắc vào tải động cơ một chiều. Tải có Lu rất lớn làm dòng tải phẳng id = 100A. Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng U = 380V, Lb=0,001H, Rb = 0,01,  = 314 rad/s. Độ sụt áp trên một linh kiện là 2V. a/- Phân tích hiện tượng chuyển mạch b/- Tính điện áp lớn nhất do bộ chỉnh lưu cung cấp cho tải di c/- Tính độ tăng V max dt d/- Tính độ lớn góc chuyển mạch m khi a =0 e/- Tính góc điều khiển amax, giả thiết thời gian khôi phục khả năng khóa của SCR là tq = 50mS V1 V3 Lb i u s ud V2 V4 90
  91. Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch Ví dụ 2.20: Ta cĩ: di iV13+ i V = I d;. u = L b dt V1 V3 i= iVVVV1 − i 4 = i 1 − i 3 Lb ud= − u V14 − u V = 0 i Suy ra: u s ud di di VV13=− dt dt di di di di =VVV1 − 3 = 2 1 V2 V4 dt dt dt dt Độ tăng dòng điện qua SCR: di 11di u V1 == dt22 dt Lb di 1 2Ut sin V1 = dt2 L b 91
  92. Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch Ví dụ 2.20: Gĩc chuyển mạch tính theo cơng thức: 2LIbd cos(a+ m ) = cos a − V1 V3 2U Lb i u s ud V2 V4 92
  93. Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch Ví dụ 2.20: b/. Độ sụt áp trên SCR: UV= 2 x 2V = 4[V] Độ sụt áp trên Rb: URb = 0,01 x 100= 1[V] Độ sụt áp gây ra bởi quá trình chuyển mạch : 2.314.0,001 URIV =. = .100 = 19,9[ ] cm cm d Điện áp trung bình lớn nhất bộ chỉnh lưu cấp cho tải : Udmax= Ud0 - ( UV + URb+ Ucm ) 2 2 U = .380 − (4 +1+19,9) = 317,7[V ] d max 93
  94. Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch Ví dụ 2.20: c/. Tính độ tăng dòng qua SCR khi đóng tại thời điểm a: di U. 2 V = sina dt 2.Lb Độ dốc đạt cực đại khi a = . Lúc đó: 2 di 380 2 V = = 0,2687 .10 6[A / s] = 0,2687 [A / m.s] dt max 2.0,001 94
  95. Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch Ví dụ 2.20: d/. Góc chuyển mạch khi a = 0 2.I ..L d b m = arccos cosa − − a 2.U 2.100 .314 .0,001 = arcc cos cos 0 − − 0 2.380 m = 0,488[rad] 28 0 95
  96. Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch Ví dụ 2.20: e/. Tính gĩc điều khiển lớn nhất Quy đổi thời gian tắt (thời gian khơi phục khả năng khĩa của SCR) về gĩc điện  : =.tq = 314.10−60 .50 = 0,0157[ rad ] 0,9 Gĩc chuyển mạch tại amax tính theo cơng thức: 2LI cos(a+ m ) = cos a − bd max max 2U Trong đĩ: (amax + m ) =( − 0,0157) Suy ra: 2.100 cosa = .314.0,001 + cos( − 0,0157) max 2.380 0 cosaamax= − 0,8830 max = 2,653[rad ] 152 96
  97. Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu Chọn diode, SCR: • Áp ngược cực đại đặt lên linh kiện x Ku (2→2.5) • Dịng trung bình (hoặc dịng hiệu dụng) cực đại qua linh kiện x Ki (1.2→1.5) Chọn biến áp: • Điện áp chỉnh lưu cực đại • Cơng suất ra cực đại 97
  98. Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu Trị trung bình áp tải Ud( a ) 3 6 3 6 U U ( a = 0 ) Điện áp làm việc URWM 6 U U Dòng qua linh kiện Dạng iV IVAV Id/3 Id/3 IVRMS Id/ 3 Id/ Dòng pha cuộn thứ cấp IS 2 3.Id Id 2 / 3 Dòng ngõ vào bộ chỉnh i lưu IRMS 98
  99. Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu Cuộn sơ cấp Dịng lưới IPRMS 2 3.Id Id 2 / 3 DC EMF 0 0 Cuộn sơ cấp Dòng pha I PRMS DC EMF 0 0 Dòng lưới iL IL 1,38Id 2 3.Id Hệ số sử dụng MBA 1,05 1,05 99
  100. Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu Ví dụ 2.22: Cho bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn. Nguồn điện áp xoay chiều lấy từ phía thứ cấp U = 220 V, tần số  = 314 rad/s. Tải R = 0,1 , L rất lớn dùng làm dòng tải liên tục và phẳng, E = 200 V, góc điều khiển a = [rad]. 3 a/- Tính trị trung bình áp Ud và dòng Id . b/- Trị trung bình và trị hiệu dụng dòng qua SCR. c/- Tính trị hiệu dụng dòng điện qua nguồn xoay chiều. d/- Giả sử trong quá trình điều khiển do tải thay đổi (E), a thay đổi trong phạm vi (0, ). Dòng tải được điều chỉnh ở giá trị xác định ở câu a/- . Tính công suất máy biến áp. 100
  101. Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu a/. Tính Ud và Id với a = 3 3 63 6 UUVd === . .cos.220.cos257a [ ] 3 UE− 257− 200 IA===d 572 [ ] d R 0,1 b/. Dịng trung bình và dịng hiệu dụng qua mỗi SCR (tra bảng tĩm tắt): I IA==d 190,6 [ ] V, AV 3 11 IIA=. = .572 = 330 [ ] V, RMS33 d 101
  102. Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu c/. Trị hiệu dụng dịng nguồn (tra bảng tĩm tắt): 22 IIA === 572467 [ ] RMSd 33 d/. Cơng suất máy biến áp: S = 1,05.Udmax .Id 3 6 U = .220 = 514,5[V ] d max Id = 572[A] S = 1,05. 514,5 . 572 = 309068 VA S = 309 kVA 102
  103. Ghép nối tiếp 2 bộ chỉnh lưu - BCL 12 xung 103
  104. Ghép nối tiếp 2 bộ chỉnh lưu - BCL 12 xung Điện áp chỉnh lưu trên tải: ud = ud −Y + ud − Trị trung bình điện áp chỉnh lưu: 3 6 3 6 6 6 U = U + U = U.cosa + U.cosa = U.cosa d d −Y d − Điện áp chỉnh lưu có dạng 12 xung → Sĩng hài trong áp chỉnh lưu là bội bậc 12 so với áp lưới → Việc lọc điện áp (và dòng điện tải) dễ hơn so chỉnh lưu cầu 3 pha. → Sĩng hài trong dịng lưới cũng giảm đi nhiều 104
  105. Ghép nối tiếp 2 bộ chỉnh lưu - BCL 12 xung Gĩc kích a = 0 105
  106. Ghép nối tiếp 2 bộ chỉnh lưu - BCL 12 xung Gĩc kích a 0 106
  107. Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu BCL 6 xung • Hai bộ chỉnh lưu tia 3 pha ghép song song qua biến áp • LT: cảm kháng của biến áp 107
  108. Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu BCL 6 xung Điện áp chỉnh lưu trên tải uu+ u = dd12 d 2 Dịng điện tải: id=+ i d12 i d Điện áp trung bình ngõ ra: 36U UUU(a )= ( a ) = ( a ) = cos a d d12 d 2 Dịng trung bình qua mỗi bộ chỉnh lưu: I i = i = d d1 d 2 2 Mạch tương đương Dịng trung bình qua mỗi SCR: I i = i = d v1 v2 2 108
  109. Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu BCL 6 xung Đồ thị dịng áp ngõ ra với gĩc kích a =0 109
  110. Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu BCL 6 xung Đồ thị áp ngõ ra với gĩc kích a 0 110
  111. Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha BCL 12 xung Thích hợp với các tải cần dịng lớn (mạ, điện phân) 111
  112. Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha BCL 12 xung Điện áp trung bình: 36 UU(aa )= cos d Dịng trung bình qua mỗi bộ chỉnh lưu: I II==d dd122 Dịng trung bình qua mỗi SCR: I I = d V 6 112
  113. Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha BCL 12 xung 113